Source de l'article: Observation de l'industrie laser compilée à partir d'Internet Un laser fémtoseconde est un dispositif de génération de "lumière d'impulsion ultra-court" qui émet une lumière pour un temps ultra-court d'environ un trillionième de seconde. FEI est l'abréviation du préfixe FEMTO dans le système international des unités, et 1 Femtoseconde = 1 × 10 ^ -15 secondes. La soi-disant lumière d'impulsion n'émet de la lumière que pendant un moment. Le temps d'émission de lumière du flash d'un appareil photo est d'environ 1 microseconde, donc le voyant d'impulsion ultra-court Femtoseconde n'a qu'environ un milliard de son temps pour émettre de la lumière. Comme nous le savons tous, la vitesse de la lumière vole à une vitesse inégalée de 300 000 kilomètres par seconde (entourant la Terre sept et demie en une seconde). Cependant, dans un Femtoseconde, la lumière ne fait avancer que 0,3 microns.
Habituellement, nous utilisons la photographie flash pour capturer l'état instantané des objets en mouvement. De même, si vous utilisez un laser fémtoseconde pour clignoter, il est possible de voir chaque fragment d'une réaction chimique qui se produit à une vitesse violente. Pour ce faire, les lasers fémtosecondes peuvent être utilisés pour étudier les mystères des réactions chimiques.
Les réactions chimiques générales se déroulent après avoir traversé un état intermédiaire avec une énergie élevée, le soi-disant "état activé". L'existence de l'état activé a été théoriquement prédite par le chimiste Arrhenius dès 1889, mais parce qu'elle existait pendant un très court moment, elle n'a pas pu être directement observée. Mais son existence a été directement démontrée à la fin des années 1980 par des lasers fémtosecondes, un exemple de l'utilisation de lasers fémtosecondes pour identifier les réactions chimiques. Par exemple, la molécule de cyclopentanone se décompose en monoxyde de carbone et 2 molécules d'éthylène à l'état activé.
De nos jours, les lasers féminins sont également utilisés dans un large éventail de domaines tels que la physique, la chimie, les sciences de la vie, la médecine et l'ingénierie. En particulier, la combinaison de la lumière et de l'électronique devrait ouvrir diverses nouvelles possibilités dans les domaines des communications, des ordinateurs et de l'énergie. En effet Dans le domaine de la physique nucléaire, les lasers fémtosecondes ont eu un impact énorme. Étant donné que la lumière pulsée a un champ électrique très fort, il est possible d'accélérer les électrons pour près de la vitesse de la lumière à moins de 1 Femtoseconde, afin qu'il puisse être utilisé comme "accélérateur" pour accélérer les électrons.
Application en médecine Comme mentionné ci-dessus, dans le monde dans les Femtosecondes, même la lumière est gelée et ne peut pas se déplacer très loin, mais même sur cette échelle de temps, les atomes et les molécules en matière et les électrons à l'intérieur des puces informatiques se déplacent toujours dans le circuit. Si vous utilisez une impulsion fémtoseconde, vous pouvez l'arrêter instantanément et étudier ce qui se passe. En plus de clignoter au temps d'arrêt, les lasers fémtosecondes peuvent également percer des micro-trous en métal avec un diamètre aussi petit que 200 nanomètres (deux dix millièmes d'un millimètre). Cela signifie que le voyant d'impulsion ultra-courte qui est comprimé et verrouillé à l'intérieur en peu de temps réalise un effet étonnant de la production ultra-élevée sans causer de dommages supplémentaires à l'environnement. En outre, la lumière pulsée des lasers fémle-termes peut capturer des images tridimensionnelles d'objets dans des détails extrêmement fins. La photographie d'image stéréoscopique est très utile dans le diagnostic médical, ouvrant ainsi un nouveau domaine de recherche appelé tomographie par interférence optique. Il s'agit d'une image tridimensionnelle des tissus vivants et des cellules vivantes capturées à l'aide d'un laser fémtoseconde. Par exemple, une impulsion de lumière très courte est dirigée vers la peau. Le voyant d'impulsion se reflète sur la surface de la peau, et une partie de la lumière d'impulsion est émise dans la peau. L'intérieur de la peau est composé de nombreuses couches. Le voyant d'impulsion qui pénètre dans la peau est rebondi sous la forme d'une petite lumière d'impulsion. D'après les échos de ces différentes lumières d'impulsion dans la lumière réfléchie, la structure interne de la peau peut être connue.
De plus, cette technologie a une grande pratique en médecine ophtalmique, capable de capturer des images tridimensionnelles de la rétine au plus profond des yeux. Cela permet aux médecins de diagnostiquer des problèmes avec leurs tissus. Ce type d'examen ne se limite pas aux yeux. Si un laser est envoyé dans le corps à l'aide de fibres optiques, il peut examiner tous les tissus de divers organes du corps. À l'avenir, il peut même être possible de détecter si elle s'est transformée en cancer.
Réaliser des horloges ultra-précises Les scientifiques pensent que si la lumière visible est utilisée pour fabriquer une horloge laser fémtoseconde, elle pourra mesurer le temps plus précisément qu'une horloge atomique et servira d'horloge la plus précise au monde au cours des prochaines années. Si l'horloge est exacte, elle améliore également considérablement la précision du GPS (système de positionnement global) utilisé pour la navigation automobile.
Pourquoi la lumière visible peut-elle faire une horloge précise? Toutes les horloges et les montres sont indispensables pour le mouvement des pendules et des engrenages. Grâce à la balançoire d'un pendule avec une fréquence de vibration précise, les engrenages tournent pendant quelques secondes et les horloges précises ne font pas exception. Par conséquent, pour faire une horloge plus précise, il est nécessaire d'utiliser un pendule avec une fréquence de vibration plus élevée. Les horloges de quartz (les horloges qui utilisent l'oscillation de cristal au lieu d'un pendule) sont plus précises que les horloges pendule car le résonateur de quartz oscille plus de fois par seconde.
L'horloge atomique du césium actuellement utilisée comme standard temporel a une fréquence d'oscillation d'environ 9,2 gigahertz (le préfixe de l'unité internationale de Gigahertz, 1 gigahertz = 10 ^ 9). L'horloge atomique utilise la fréquence d'oscillation naturelle des atomes de césium et remplace le pendule par des micro-ondes dont la fréquence d'oscillation est cohérente. Sa précision n'est que d'une seconde en dizaines de millions d'années. En revanche, la lumière visible a une fréquence d'oscillation qui est de 100 000 à 1 000 000 fois plus élevée que la fréquence d'oscillation micro-ondes. Autrement dit, l'énergie lumineuse visible peut être utilisée pour créer des horloges de précision qui sont des millions de fois plus précises que les horloges atomiques. L'horloge la plus précise du monde qui utilise la lumière visible a maintenant été construite avec succès dans un laboratoire.
La théorie de la relativité d'Einstein peut être vérifiée à l'aide de cette horloge précise. Nous avons placé une horloge précise en laboratoire et l'autre dans le bureau en bas, et considéré les situations possibles. Après une ou deux heures, le résultat a été comme prévu par la théorie de la relativité d'Einstein. En raison des deux, il existe différents "champs gravitationnels" entre les étages, de sorte que les deux horloges ne pointent plus au même moment, et l'horloge en bas est plus lente que l'horloge à l'étage. Si une horloge plus précise était utilisée, peut-être même les montres portées au poignet et à la cheville en diraient des moments différents ce jour-là. Nous pouvons simplement découvrir le charme de la relativité à l'aide d'horloges précises.
La technologie de ralentissement de la vitesse légère En 1999, le professeur Rainer Howe de l'Université de Hubbard aux États-Unis a ralenti avec succès la lumière à 17 mètres par seconde, une vitesse que les voitures peuvent rattraper, puis a ralenti la lumière à une vitesse que même les vélos peuvent rattraper. Cette expérience implique les recherches les plus de pointe en physique. Cet article ne présente que deux clés au succès de l'expérience. L'une consiste à construire un "nuage" d'atomes de sodium extrêmement à faible température près de Zero absolu (-273,15 ° C), un état de gaz spécial appelé condensat Bose-Einstein. L'autre est un laser qui ajuste la fréquence des vibrations (laser de contrôle) et l'utilise pour éclairer un nuage d'atomes de sodium, et quelque chose d'incroyable se produit.
Les scientifiques utilisent d'abord un laser de contrôle pour comprimer la lumière d'impulsion dans le nuage des atomes et le ralentir extrêmement. Ensuite, ils éteignent le laser de commande et le voyant d'impulsion disparaît. Les informations transportées sur le voyant d'impulsion sont stockées dans le nuage des atomes. . Ensuite, il est irradié avec un laser contrôlé, et le voyant d'impulsion est restauré et sort du nuage d'atomes. En conséquence, l'impulsion à l'origine est élargie et la vitesse est restaurée. L'ensemble du processus de saisie d'informations lumineuses pulsées dans le nuage atomique est très similaire à la lecture, au stockage et à la réinitialisation dans un ordinateur. Par conséquent, cette technologie peut aider à réaliser la réalisation des ordinateurs quantiques.
Du monde de "Femtosecond" à "attoseconde" Les Femtosecondes dépassent notre imagination. Maintenant, nous nous aventurons dans le monde des attosecondes, qui sont plus courts que les Femtosecondes. AH est l'abréviation du préfixe "Atto" du système international d'unités. 1 attoseconde = 1 × 10 ^ -18 secondes = un millième de Femtoseconde. Les impulsions attosecondes ne peuvent pas être faites avec une lumière visible car le raccourcissement des impulsions nécessite l'utilisation d'une lumière de longueur d'onde plus courte. Par exemple, si vous souhaitez créer une impulsion à l'aide d'une lumière visible rouge, il est impossible de créer une impulsion plus courte que cette longueur d'onde. La lumière visible a une limite d'environ 2 fémtosecondes, donc les impulsions attosecondes utilisent des rayons X ou des rayons gamma avec des longueurs d'onde plus courtes. On ne sait pas ce qui sera découvert à l'avenir en utilisant des impulsions à rayons X attosecondes. Par exemple, l'utilisation de flashs attosecondes pour visualiser les biomolécules nous permet d'observer leurs activités sur une échelle de temps très courte et peut-être d'identifier la structure des biomolécules.
